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Elektronische Anordnung zur digitalen Zählung von Impulsen Die Erfindung
betrifft eine elektronische Anordnung zur digitalen Zählung von Impulsen mit Zählrichtungswechsel,
bestehend aus mehreren kapazitiv miteinander gekoppelten bistabilen Kippstufen mit
je zwei Transistoren, wobei die zu zählenden Impulse über Dioden den Basisanschlüssen
beider Transistoren der ersten Kippstufe und die Kollektorbetriebsstrflme den Kollektoren
der Transistoren in den einzelnen Kippstufen j e über zwei Widerstände mit definierten
Stromteilungsverhältnissen über paarweise Stromkreise derart zugeführt sind, daß
der Summenstrom in einem, Stromkreis des einen Paares umgekehrt proportional der
Zahl. der eingezählten Impulse ist.
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Eine derartige elektronische Anordnung zur digitalen Zählung von Impulsen
wird. gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß jede Kippstufe einen zusätzlichen
durch Dioden gegenüber dem Zähleingang entkoppelten Eingang aufweist, der über je
einen Kondensator an eine gemeinsame Leitung gelegt ist und daß der vom Summenstrom
des einen oder anderen Stromkreises an je einem Widerstand erzeugte Spannungsabfall
über einen Umschalter wahlweise abnehmbar ist, wobei durch eine zusätzliche Einrichtung
während des Umschaltens ein Impuls auf die gemeinsame Leitung. gegeben wird. Dadurch
ergibt sich insbesondere der Vorteil, daß bei mehrstufigen, digitalen Zählern für
-den Zählrichtungswechsel keine umschaltbaren Koppelglieder zwischen den Kippstufen
erforderlich sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Umschalter elektronisch
und derart aufgebaut, daß er während des Umschaltens den erforderlichen Impuls selbsttätig
abgibt. Es ist ferner zweckmäßig, den an einem der Kollektoren der beiden Transistoren
der letzten Kippstufe nach Vollzählung und/oder Entleerung der digitalen Zählanordnung
auftretenden Impuls über ein Zeitverzögerungsglied der gemeinsamen Leitung zuzuführen.
Der Impulsdurchgang durch das Verzögerungsglied wird während der Abgabe des Umschalteimpulses
gesperrt. Die Impulsleitungen aus der Umschalteeinrichtung und vom Verzögerungsglied
sind gegeneinander durch Gleichrichter entkoppelt.
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Die Erfindung wird an Hand der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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In der Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Zähl-und Speichereinrichtung
dargestellt, deren Zähleingang bzw. -ausgang mit E bzw, A bezeichnet ist. Sie besteht
aus einer Reihe in sich fast gleicher Zählstufen St, ... Stn, sogenannten
bistabilen Multivibratoren. Jede Zählstufe besitzt zwei gegeneinander durch Dioden
entkoppelte Eingänge El und E2 und zwei Ausgänge Al -und A, Die Kopplung der Stufen
erfolgt kapazitiv durch
vom Ausgang Al zum Eingang El der nachfolgenden Stufe. Sämtliche Eingänge E2 aller
Stufen sind über die Kapazitäten
parallel geschaltet. An den Ausgängen A1 bzw. A2 jeder Stufe teilt sich der Kollektorstrom
des jeweilig stromleitenden Transistors im Verhältnis der Widerstände R51...R5n
und R61...R6n wobei der Kollektorteilstrom
durch einen für alle Stufengemeinsamen Widerstand Ral bzw. Rat fließt. Das Verhältnis
der Widerstände R5 zu R6 jeder Stufe ist so dimensioniert, daß der Kollektorteilstrom
der nachfolgenden Stufe immer doppelt so groß wie der der vorhergehenden ist. Der
Summenstrom
durch die Widerstände Ral bzw. Rat ist also ein Maß für die Zahl z der eingezählten
Impulse.
wobei To ein konstanter Grundstrom, abhängig von den Widerständen R3, R4, R5, R6
und der Kollektorteilstrom der ersten Stufe ist. Die Grenzwerte
des Summenstromes sind
wobei n die Stufenzahl des Zählers ist.
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Jede Stufe ist so dimensioniert, daß nur ein positiver (negativer)
Impuls auf den Eingang El oder E2 die Stufe von dem einen stabilen Zustand in den
anderen klappt, und zwar dadurch, daß der Impuls den jeweils stromleitenden Transistor
sperrt. Der andere Transistor wird infolge der ohmschen Rückkopplung nun stromleitend,
während
Ausgleichströme zwischen den Kapazitäten
und mit passend bemessenen Zeit-
konstanten dafür sorgen, daß dieser Vorgang auch nach Abklingen des Impulses erhalten
bleibt. Eine bestimmte Zähl von Impulsen in den Eingang El der ersten Stufe hineingezählt,
verändert durch die Impulsweitergabe an die jeweils nächste Stufe des Zählers im
Binärrhythmus den Summenstrom um die -gleiche Zahl an Schritten. Der Zählrichtungswechsel
erfolgt einfach durch Umschaltung des Spannungsabgriffs vom Widerstand Ral nach
Widerstand Rat, oder umgekehrt. Dabei verwandelt sich jedoch die in den Zähler bereits
eingespeicherte Information (Anzahl der Impulse) in ihren Dualwert gemäß:
z -@- C -z,
wobei x gleich der eingespeicherten Zahl der Impulse und
C gleich der Speicherkapazität ist.
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Das ist vermeidbar, wenn während dieser Umschaltung ein Impuls SPU
(vgl. Fig. 2) auf die parallel geschalteten Eingänge E2 aller Stufen gegeben wird.
Durch diese Maßnahme fließt nach der Umschaltung der Zählrichtung durch Ra, (bzw.
Ra,) derselbe Summenstrom wie vorher durch Ra, (bzw. Ra2), d. h., die eingespeicherte
Information ist durch den Zählrichtungswechsel nicht berührt worden. Jedoch werden
nunmehr weitere eingezählte Impulse von der eingespeicherten Impulszahl subtrahiert
anstatt wie vorher addiert (bzw. umgekehrt), d. h. der Summenstrom durch Rat erniedrigt
sich. Diese Umschaltung mit Impulsgabe ist schematisch in Fig. 2 dargestellt.
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Die Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur Begrenzung des Speichervolumens.
Werden in einen elektronischen Zähler mehr Impulse eingezählt, als seiner Speicherkapazität
C entspricht, so geht bei Addition beim (C + 1)-ten Impuls die eingespeicherte Information
vom Wert C in den Anfangswert Null über, d. h., der Zähler beginnt von vorn an zu
zählen. Das gleiche erfolgt bei Subtraktion, d. h. bei Unterschreiten des Anfangswertes
0 um einen Impuls geht der Speicherwert über in »C«. Dies wird durch die Begrenzeranordnung
vermieden. Jeweils bei Über-oder Unterschreitung der Speichergrenzwerte durch einen
weiteren Impuls auf den Eingang E des ,Zählers gibt die letzte Stufe einen Impuls
ab. Dieser Impuls, wird zur Begrenzung, d. h. zum Festhalten der Grenzwerte auch
bei weiterer Einzählung von Impulsen, ausgenützt. Wird nämlich der Impuls so zeitverzögert
und nötigenfalls verstärkt auf die parallel geschalteten Eingänge E2 gegeben, daß
er zeitlich mit dem Impuls, der die Grenzwertüberschreitung auslöste, gerade nicht
mehr zusammenfällt, so wird die Änderung der eingespeicherten Information rückgängig
gemacht, d. h. der jeweilige Speichergrenzwert bleibt erhalten. Bei Umschaltung
der Zähleinrichtung gibt aber die letzte Stufe ebenfalls einen Impuls ab. Die Begrenzeranordnung
würde in Tätigkeit gesetzt und damit der Informationsinhalt des Speichers: verändert
werden. Uni dies zu verhindern, ist im Begrenzerkreis ein Ventil eingebaut, das
bei Anwesenheit des Umschaltimpulses sperrt und somit die Begrenzeranordnung unwirksam
macht.
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Fig. 4 stellt eine spezielle Lösung dieser Begrenzungsanordnung mit
den erläuterten Eigenschaften dar. In den Eingang -B gelangen die von der letzten
Stufe des Zählers abgegebenen Impulse. Der monostabile Multivibrator, gebildet von
den Transistoren T 1 und T 2 mit der Kopplungskapazität Cl, dient
zur Impulszeitverzögerung und gleichzeitig zur Sperrung der Begrenzerwirküng durch
Impulsgabe auf den Eingang D. Bei F wird der Impuls U zur Begrenzung des Speichervolumens
abgenommen. Die Transistoren T 3 und T 4 dienen zur Impulsverstärkung,
während der Transistor T5 eine zusätzliche Funktion, nämlich eine Gleichstromabgabe
J am Ausgang G zur akustischen oder optischen Alarmierung bei Ansprechen der Begrenzeranordnung
besitzt.